电池模块及包括该电池模块的电池组的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年1月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2021-0003182的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
3.本发明涉及一种电池模块及包括该电池模块的电池组，并且更具体地，涉及一种具有改进的冷却性能并防止电池单元膨胀的电池模块及包括该电池模块的电池组。


背景技术：

4.随着技术发展和对移动装置的需求增加，对作为能源的可充电电池的需求迅速增加。可充电电池作为诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆之类的动力装置以及诸如移动电话、数码相机、笔记本电脑和可穿戴装置之类的移动装置的能源而备受关注。
5.一个小型移动装置使用一个或两个或更多个电池单元，而诸如车辆之类的中型或大型装置则需要高输出、高容量的电池模块。因此，使用通过电连接多个电池单元制成的中型或大型电池模块。
6.中型或大型电池模块需要尽可能制成尺寸小、重量轻。因此，角状电池或袋型电池主要用作用于中型或大型电池模块的电池单元。角状电池或袋型电池虽然容量大，但是以高集成度层叠并且重量轻。此外，电池模块可以包括具有容纳电池单元层叠体的内部空间的模块框架，以保护电池单元层叠体免受外部冲击、热或振动。模块边框在其前侧面和后侧面开口。
7.图1是现有技术中的电池模块的立体图。图2是例示了沿图1中的切割线a-a截取的截面的图。图3是图3的一部分的放大图。
8.参照图1至图3，现有技术中的电池模块10包括通过在一个方向上层叠多个电池单元11而制成的电池单元层叠体12、被构造为容纳电池单元层叠体12的模块框架30和40、被构造为覆盖电池单元层叠体12的前侧面和后侧面的端板50、以及设置在端板50与电池单元层叠体12的前侧面和后侧面之间的汇流条框架(未示出)。
9.模块框架30和40可以包括在其前侧面和后侧面及上侧面开口的上板40和下框架30。安装部35可以设置在下框架30的两个相对的横向侧面处。在这种情况下，电池模块10借助于插入安装部35中的安装螺栓固定到电池组的电池组框架。但是，由于这种构造需要单独的固定构件，存在的问题在于：这种构造就成本而言是不利的，并且电池密度因固定构件所占据的空间而降低。
10.电池模块10被构造为使得压缩垫15附接至电池单元层叠体12的两个相对的横向侧面，然后将电池单元层叠体12以电池单元层叠体12的两个相对横向侧面被按压的状态安装在下框架30上。因此，在现有技术中需要单独的按压电池单元层叠体12的按压工艺来制造电池模块10，这使得工艺和生产线复杂化。
11.另外，参照图3，在电池单元11的充电或放电过程期间，电池单元11通过在宽度方向上变形(11a)而膨胀。然而，通常，压缩垫15在吸收电池模块10在宽度方向上的变形方面
具有局限性。具体而言，电池单元11在电池单元11的充电或放电过程期间反复膨胀和收缩。如果电池模块10在宽度方向上的变形在此过程中没有被充分吸收，则电池模块也膨胀，并且模块框架也变形。
12.因此，需要开发一种电池模块，其通过相对简单的工艺来制造，以改进的冷却性能来冷却，并被构造为充分吸收由电池单元的膨胀和收缩引起的电池单元变形。


技术实现要素：

13.技术问题
14.本发明致力于提供一种具有改进的冷却性能并防止电池单元膨胀的电池模块及包括该电池模块的电池组。
15.本发明所要解决的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员可以根据本说明书和附图清楚地理解以上未提及的其他目的。
16.技术方案
17.本发明的示例性实施方式提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池单元层叠体，其包括在第一方向上层叠的多个电池单元；外部构件，其被构造成围绕电池单元层叠体的前侧面和后侧面以及两个相对的横向侧面；以及感测块，其位于电池单元层叠体的前侧面和后侧面，其中感测块位于外部构件与电池单元层叠体的前侧面和后侧面之间，以及其中电池单元层叠体的上侧面和下侧面是暴露的。
18.电池模块的外部构件的外表面可以是暴露的。
19.外部构件的宽度可以等于电池单元的宽度，或者外部构件的宽度小于电池单元的宽度。
20.外部构件可以定位为与电池单元层叠体的下部相邻。
21.外部构件可以由弹性材料制成。
22.外部构件可以是通过用由弹性材料制成的膜缠绕电池单元层叠体的前侧面和后侧面及两个相对的横向侧面而形成的。
23.外部构件可以被构造为热收缩管，并且热收缩管可以在其上侧面和下侧面开口。
24.压缩垫可以位于外部构件和电池单元层叠体的两个相对的横向侧面之间。
25.压缩垫可以沿着电池单元层叠体的横向侧面延伸。
26.本发明的另一示例性实施方式提供了一种电池组，其包括：电池组框架，在电池组框架上安装有电池模块，其中电池组框架包括：下电池组框架，在下电池组框架上安装有至少两个电池模块；以及上电池组框架，该上电池组框架被构造为覆盖至少两个电池模块的上部。
27.下电池组框架可以包括电池模块安装在其中的多个模块区域，并且多个模块区域可以由从下电池组框架的一侧朝向另一侧延伸的多个梁限定。
28.外部构件的围绕电池单元层叠体的两个相对的横向侧面的外表面可以与梁接触。
29.导热树脂层可以分别形成于模块区域中。
30.电池单元层叠体的下表面可以与导热树脂层接触。
31.技术效果
32.根据本发明的实施方式，可以提供以下电池模块及包括该电池模块的电池组，其
中外部构件围绕电池单元层叠体的前侧面和后侧面以及两个相对的横向侧面，从而提高冷却性能并防止电池单元膨胀。
33.本发明的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从本说明书和附图可以清楚地理解以上未提及的其他效果。
附图说明
34.图1是现有技术中的电池模块的立体图。
35.图2是例示了沿图1中的切割线a-a截取的截面的图。
36.图3是图3的一部分的放大图。
37.图4是根据本发明实施方式的电池模块的立体图。
38.图5是图4的电池模块的立体分解图。
39.图6是例示了沿图4中的切割线b-b截取的截面的图。
40.图7是根据本发明另一实施方式的电池组的立体图。
41.图8是图7中的电池组的上电池组框架的分解立体图。
42.图9是图7中电池组的部件的分解立体图。
43.图10是例示了沿图7的切割线c-c截取的截面的一部分的图。
44.图11是图10的一部分的放大图。
具体实施方式
45.在下文中，将参照附图详细描述本发明的几个示例性实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施示例性实施方式。本发明可以以各种不同方式实施，并且不限于本文描述的实施方式。
46.为了清楚地描述本发明，将省略与描述无关的部分，并且相同或相似的组成元件在整个说明书将由相同的附图标记指示。
47.另外，附图中所示的每个组成元件的尺寸和厚度是为了便于描述而任意示出的，但是本发明不限于此。为了清楚地描述几个层和区域，在附图中放大了其厚度。在附图中，为了便于描述，夸大了一些层和区域的厚度。
48.另外，在本技术的整个说明书，除非明确地相反描述，否则术语“包含”或“包括”及其变型(诸如“包含于”、“所包含”、“包括于”或“所包括”)将被理解为暗示包括规定的组成要素，而不是排除任何其他组成要素。
49.在整个说明书，术语“在平面图中”是指从上方观察对象，而术语“在截面图中”是指从侧面观察通过垂直地切割对象所制成的截面。
50.在下文中，将描述根据本发明的实施方式的电池模块。然而，在这种情况下，将描述电池模块，着重于电池模块的前侧面和后侧面之间的电池模块的前侧面。然而，本发明不必限于此。相同或相似的内容可以应用于电池模块的后侧面。
51.图4是根据本发明的实施方式的电池模块的立体图。图5是图4中电池模块的立体分解图。图6是例示了沿图4中的切割线b-b截取的截面的图。
52.参照图4和图6，根据本实施方式的电池模块100包括：电池单元层叠体120，其包括在第一方向上层叠的多个电池单元110；外部构件150，其被构造成围绕电池单元层叠体120
的前侧面和后侧面以及两个相对的横向侧面；以及感测块170，其位于电池单元层叠体120的前侧面和后侧面处。
53.通过层叠多个电池单元110来构造由外部构件150围绕的电池单元层叠体120。电池单元110可以是袋型电池单元。可以通过将电极组件容纳在包括树脂层和金属层的层压片的袋状壳体中，然后热结合袋状壳体的密封部分来制造电池单元110。电池单元110可以设置为多个，并且多个电池单元110被层叠以彼此电连接，从而构成电池单元层叠体120。
54.参照图5和图6，感测块170可以位于外部构件150与电池单元层叠体120的前侧面和后侧面之间。在这种情况下，感测块170分别覆盖电池单元层叠体120的、电极引线(未示出)从中突出的前侧面和后侧面。另外，感测块170可以设置为篮子的形式。感测块170可以分别覆盖电池单元层叠体200的前侧面和后侧面。在这种情况下，可以在感测块170中形成一个或更多个狭缝(未示出)。当设置有感测块170时，电池单元110的电极引线(未示出)穿过狭缝，从而构成电极引线组件。
55.因此，外部构件150可以围绕位于电池单元层叠体120的前侧面和后侧面的感测块170。因此，根据本实施方式的电池模块100可以确保通过穿过感测块170的狭缝而形成的电极引线组件的绝缘性能。
56.例如，感测块170可以由电绝缘材料制成，例如塑料材料、聚合物材料或复合材料。然而，本发明不限于此。可以不受限制地应用任何材料，只要该材料具有能够形成一个或更多个狭缝的刚度并且具有电绝缘性即可。
57.参照图4至图6，外部构件150可以围绕电池单元层叠体120的外表面。在这种情况下，外部构件150可以是具有两个相对的横向侧面以及前侧面和后侧面并且在其上侧面和下侧面开口的构件。也就是说，电池单元层叠体120的两个相对的横向侧面以及前侧面和后侧面可以被外部构件150围绕并且在其上侧面和下侧面开口。换句话说，可以暴露出电池单元层叠体120的上侧面和下侧面。
58.例如，外部构件150可以由弹性材料制成。弹性材料可以由诸如聚乙烯(pe)或聚四氟乙烯(ptfe)之类的材料中的至少一种制成。在这种情况下，可以通过用由弹性材料制成的膜或热收缩管缠绕电池单元层叠体的外表面来形成外部构件150。在这种情况下，热收缩管可以在其上侧面和下侧面开口。然而，本发明不限于此。可以不受限制地应用任何材料，只要该材料可以具有能够有效地吸收外部冲击并且充分地按压包括于电池单元层叠体120中的电池单元110的弹性即可。
59.因此，在本实施方式中，外部构件150可以防止电池单元膨胀并提高电池模块的尺寸稳定性。另外，因为外部构件150具有弹性，所以可以最小化由电池单元110的体积变化引起的外部构件150的变形。
60.另外，在外部构件150围绕电池单元层叠体120之前，外部构件150的两个相对的横向侧面以及前侧面和后侧面可以在尺寸上对应于电池单元层叠体的外表面。例如，外部构件150的两个相对的横向侧面可以分别在尺寸上等于电池单元层叠体120的横向侧面或者具有比电池单元层叠体120的横向侧面更小的尺寸。另外，外部构件150的前侧面和后侧面可以分别在尺寸上等于电池单元层叠体120的上侧面和下侧面中的每一个，或者具有比电池单元层叠体120的上侧面和下侧面中的每一个更小的尺寸。
61.因此，在本实施方式中，外部构件150可以围绕电池单元层叠体120同时在预定方
向上按压电池单元层叠体120。也就是说，外部构件150可以在预定方向上按压包括于电池单元层叠体120中的电池单元110，这使得可以防止电池单元膨胀并提高电池模块的尺寸稳定性。另外，可以在由外部构件150围绕电池单元层叠体120的工艺期间按压电池单元层叠体120。因此，不需要按压电池单元层叠体120的单独工艺，这使得可以简化工艺和生产线。
62.另外，外部构件150的宽度可以等于与电池单元层叠体120的宽度，或者具有比电池单元层叠体120的宽度更小的宽度。例如，外部构件150可以被定位为与电池单元层叠体120的下部相邻。因此，在本实施方式中，可以使外部构件150的面积最小化，防止电池单元膨胀，并提高电池模块的尺寸稳定性。
63.另外，在外部构件150围绕电池单元层叠体120的状态下，可以暴露出外部构件150的外表面。也就是说，当在以下要描述的工艺期间电池模块100安装在电池组1000的电池组框架1200和1300上时，外部构件150可以与电池组框架1200和1300接触。
64.因此，在本实施方式中，外部构件150可以代替现有技术中的电池模块10的模块框架30和40，这使得可以在工艺和成本方面提高效率。
65.另外，电池单元层叠体120的外表面可以附接到外部构件150的内表面。在这种情况下，包含于外部构件150中的弹性材料本身可以具有结合力。另外，外部构件150和电池单元层叠体120可以借助于外部构件150的内表面和电池单元层叠体120的外表面之间的摩擦力而彼此固定。另外，单独的结合层可以设置在外部构件150和电池单元层叠体120之间。
66.例如，结合层可以设置为胶带的形式或者涂有可结合的粘结剂。更具体地，结合层可以涂有可结合的粘结剂或者设置为双面胶带的形式，使得电池单元层叠体120和外部构件150可以容易地固定。然而，本发明不限于此。可以不受限制地应用任何材料，只要该材料具有能够固定电池单元110或固定电池单元110和外部构件150的结合能力即可。
67.因此，电池单元层叠体120可以稳定地容纳于外部构件150中。
68.参照图4至图6，压缩垫115可以位于外部构件150和电池单元层叠体120的外表面之间。在这种情况下，压缩垫115可以沿着电池单元层叠体120的外表面延伸。另外，压缩垫115的尺寸可以等于电池单元层叠体120的外表面的尺寸，或者具有比电池单元层叠体120的外表面更小的尺寸。
69.例如，压缩垫115可以是由聚氨酯制成的垫。然而，本发明不限于此。可以应用任何材料，只要该材料可以吸收电池单元110膨胀时的体积变化即可。
70.因此，压缩垫115可以容易地吸收被包括在电池单元层叠体120中的电池单元110的膨胀，并辅助外部构件150按压电池单元层叠体120的外表面。
71.另外，压缩垫115和电池单元110可以通过从外部构件150施加的表面压力而彼此固定。因此，压缩垫115和电池单元110可以在没有单独结合层的情况下彼此稳定地固定。
72.另外，结合层可以位于压缩垫115和电池单元110之间。例如，结合层可以被构造为诸如双面胶带或结合剂的之类的结合构件。然而，结合层不限于此，可以应用任何材料，只要该材料具有能够固定电池单元110和压缩垫115的结合能力即可。
73.因此，根据本实施方式的电池模块100，电池单元110和压缩垫115可以彼此结合，这使得可以进一步提高电池单元层叠体120在第一方向(层叠方向)上的刚度和能量密度。
74.图7是根据本发明另一实施方式的电池组的立体图。图8是图7中的电池组的上电池组框架的分解立体图。图9是图7中的电池组的部件的分解立体图。
75.参照图7至图8，根据本发明另一实施方式的电池组1000包括上述电池模块100。此外，一个或更多个电池模块100封装在电池组框架1200和1300中，从而构成电池组1000。
76.更具体而言，参照图8，下电池组框架1300包括其中安装电池模块100的多个模块区域。多个模块区域可以由从下电池组框架1300的一侧朝向下电池组框架1300的另一侧延伸的多个梁1310。多个梁1310可以基于电池组1000安装于其上的装置的行进方向在垂直或水平方向上延伸。例如，该装置可以是车辆。多个梁1310可以基于电池组1000安装于其上的车辆的行进方向在垂直或水平方向上延伸。
77.另外，参照图8和图9，在根据本实施方式的电池组1000中，导热树脂层1340可以分别形成于由多个梁1310限定的模块区域中。例如，导热树脂层1340可以分别形成在与安装在由多个梁1310限定的模块区域中的电池模块100相对应的位置处。
78.例如，可以通过将导热树脂涂覆在下电池组框架1300上来形成导热树脂层1340。也就是说，可以通过在将电池模块100安装在模块区域中之前固化预先涂覆的导热树脂，来形成导热树脂层1340。因此，随着导热树脂固化，电池模块100的下表面和下电池组框架1300可以彼此稳定地固定。另外，由于不需要单独的固定构件，因此可以提高价格竞争力并增加电池密度。
79.图10是例示了沿图7中的切割线c-c截取的截面的一部分的图。图11是图10的一部分的放大图。
80.参照图9和图10，在根据本实施方式的电池组1000中，可以暴露出电池模块100的电池单元层叠体120的下表面，使得电池单元层叠体120的下表面和导热树脂层1340可以彼此接触。因此，电池单元层叠体120中产生的热量可以直接传送到导热树脂层1340。因此，可以进一步提高冷却电池模块100的性能并提高电池单元110的寿命。
81.参照图10和图11，在根据本实施方式的电池组1000中，电池模块100的外部构件150的外表面可以与梁1310接触。更具体而言，围绕电池单元层叠体120的两个相对的横向侧面的外部构件150的外表面可以与梁1310接触。在这种情况下，梁1310可以对抗在电池组1000的充电和放电过程中产生的在宽度方向上的变形110a而按压与梁1310接触的外部构件150的外表面。
82.例如，梁1310可以由弹性材料制成。弹性材料可以是诸如板簧之类的钢材和塑料注射成型产品材料中的至少任何一种。然而，本发明不限于此。可以不受限制地应用任何材料，只要该材料具有能够有效吸收外部冲击并充分按压电池模块100的外部构件150的外表面的弹性即可。
83.因此，根据本实施方式的电池组1000，梁1310在电池模块100的宽度方向(即，电池单元层叠体120的层叠方向)上向电池模块100的两个相对横向侧面提供弹力。因此，可以防止由电池模块100引起的电池单元膨胀并且提高电池模块的尺寸稳定性。
84.上述电池模块及包括该电池模块的电池组可以应用于各种装置。这种装置的示例可以包括诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆之类的交通工具，但本发明不限于此，并且可以应用于可以使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种装置。这些构造也可以属于本发明的范围。
85.虽然以上已经详细描述了本发明的优选示例，但本发明的权利范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求中限定的本发明的基本构思而做出的许多变型和
修改将也属于本发明的权利范围。
86.附图标记的描述
87.100：电池模块
88.110：电池单元
89.115：压缩垫
90.120：电池单元层叠体
91.150：外部构件
92.170：感测块
93.1000：电池组
94.1200：上电池组框架
95.1300：下电池组框架
96.1310：梁
97.1340：导热树脂层